某校科技小組參觀完湘*航電樞紐後,瞭解到船隻過船閘的時間很長,為此他們在網查閱資料,設計了一個船隻升降實驗模型...
問題詳情:
某校科技小組參觀完湘*航電樞紐後,瞭解到船隻過船閘的時間很長,為此他們在網查閱資料,設計了一個船隻升降實驗模型。模型中的左右兩個船廂A、B的容積均為2000cm3,質量均為400g(含配件).現關閉進水閥和排水閥,使柱形容器E(質量不計)中有足夠多的水,在船廂A、B中各裝800g的水,整個裝置靜止後,圓柱體浮筒D浸在水中的深度為8cm,他們依次進行了如下(2)~(3)的*作.假設繩子足夠長,不計繩重和伸長,浮筒D與容器E始終無接觸,且容器E的水無溢位,實驗過程中設法確保裝置平穩,忽略摩擦,木頭不吸水,ρ木<ρ水。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg).
(1)船廂中各裝800g的水後,求每隻船廂所受的總重力;
(2)開啟進水閥,在柱形容器E中注入一定質量的水,浮筒D上升,使船廂下降10cm,再關閉進水閥,求:
①船廂A的總重力對A所做的功;
②此時浮筒D浸入水中的深度;
(3)當*作(2)使船廂下降10cm後靜止時,壓強感測器柱形容器顯示4400Pa;接下來,用手使浮筒D保持此刻位置不變,再在兩邊船廂中同時放入代表船隻的800g木塊後,開啟排水閥,放出200cm3的水後關閉排水閥,然後鬆手,浮筒D仍然在原位置保持靜止,繩C的拉力為18N,壓強感測器顯4000Pa;然後,把800g木塊同時從船廂中取出,並在船廂中同時注滿水,再把900g和1000g的木塊分別放入A、B船廂後,當整個裝置靜止時,壓強感測器的示數為p1;最後,開啟進水閥向容器中緩慢注入m千克水,使壓強感測器的示數為3p1,再關閉進水閥,求浮筒D的質量和注入圓柱形容器E中的水的質量m。
【回答】
(1)12N (2)① 1.2J;② 8cm (3) 2.6kg;19.2kg
【詳解】
(1)船廂中各裝800g的水,自身質量400g,所以總重力為:
(2)①重力為12N,下降的高度為.所以做功為:
②加水過程中,兩船廂的重不變,即對浮筒D的拉力不變,所以靜止時,浮力也不變,裝置仍然平衡,則浮筒D浸入水中的深度不變,仍為8cm。
(3)800g木塊重為
當加入800g木塊後,一個船廂的重為20N,由圖知,兩個船廂各一半的拉力作用於動滑輪,所以對動滑輪向上的拉力等於一個船廂的重,即20N,由於,可得
壓強變化
液麵高度變化為
受力分析有
解得
則D的橫截面積為
加木塊前的浮力為
則D的重為
D的質量為
容器E的底面積為
根據得
注滿水(再加質量不等的木塊時,由於浮力等於重力,即排開水的重等於木塊的重,所以總重不變)受力分析得
又得
注水使壓強為原來3倍得
加水的質量為
答:(1)每隻船廂所受的總重力是12N;
(2)①船廂A的總重力對A所做的功是1.2J;
②此時浮筒D浸入水中的深度是8cm;
(3)浮筒D的質量是2.6kg,注入圓柱形容器E中的水的質量19.2kg。
【點睛】
考查了壓強、液體壓強、浮力公式的應用,需要應用動滑輪的工作特點,平衡時的受力分析等知識,綜合*強,難度較大,關鍵是根據船廂的重和C的拉力得出動滑輪的重,再利用受力分析,平衡時向上與向下的力相等,得出浮力的變化,進而可得,D的底面積,S的底面積,最後根據向上的壓力等於水的重與浮力的和求加水的質量。
知識點:阿基米德原理
題型:計算題
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